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        奧迪A8車 FSI發(fā)動機(jī)熱量管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理分析

        2015-11-22 01:17:04南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院211188蔣浩豐
        汽車維護(hù)與修理 2015年11期
        關(guān)鍵詞:發(fā)動機(jī)

        南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 (211188) 蔣浩豐

        奧迪A8車 FSI發(fā)動機(jī)熱量管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理分析

        南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 (211188) 蔣浩豐

        奧迪A8車 FSI發(fā)動機(jī)熱量管理系統(tǒng)是一種把發(fā)動機(jī)的熱量進(jìn)行最佳分配的電控調(diào)節(jié)系統(tǒng),負(fù)責(zé)工作的是新研制的管理模塊“熱量管理系統(tǒng)”(ITM),它整體集成在發(fā)動機(jī)控制單元中。通過對熱量的管理,使發(fā)動機(jī)處于最佳的工作狀態(tài),同時降低能量損失,系統(tǒng)會始終考慮加熱和空調(diào)系統(tǒng)的需求,通過冷卻液截流閥和電控節(jié)溫器對冷卻液的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。

        1 奧迪A8車 FSI發(fā)動機(jī)熱量管理系統(tǒng)的構(gòu)成及主要元件結(jié)構(gòu)

        發(fā)動機(jī)在燃燒過程中,氣缸與燃燒室內(nèi)的氣體溫度最高達(dá)2 073 ℃~2 273 ℃。因此,必須在發(fā)動機(jī)上設(shè)置冷卻裝置,在發(fā)動機(jī)高溫工作時對發(fā)動機(jī)進(jìn)行冷卻,確保發(fā)動機(jī)正常工作。然而對于發(fā)動機(jī)的冷卻強(qiáng)度的控制是至關(guān)重要的,冷卻不足,會造成發(fā)動機(jī)過熱導(dǎo)致充氣量下降從而影響發(fā)動機(jī)的功率。同時,過高的溫度會使?jié)櫥宛ざ冉档?,?dǎo)致機(jī)件磨損加劇,影響發(fā)動機(jī)的使用壽命。冷卻過度會使發(fā)動機(jī)過冷,影響可燃混合氣的形成,從而加大油耗。冷卻系的組成由冷卻液泵、節(jié)溫器、冷卻風(fēng)扇、散熱器等組成。對于冷卻強(qiáng)度的控制,通常是通過節(jié)溫器控制大小循環(huán)。

        奧迪A8車 FSI發(fā)動機(jī)的熱量管理系統(tǒng)就是在冷卻系的基礎(chǔ)上,對發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的熱量進(jìn)行調(diào)節(jié),具體方法是:通過一系列的閥門將冷卻液分配到發(fā)動機(jī)、變速器和車廂。系統(tǒng)會始終考慮到加熱和空調(diào)系統(tǒng)的需求,以確保達(dá)到最佳的舒適性??照{(diào)控制單元和變速器控制單元通過CAN總線將其所需的熱量反饋給發(fā)動機(jī)控制單元。發(fā)動機(jī)控制單元對這些信息和發(fā)動機(jī)所需熱量進(jìn)行權(quán)衡,確定優(yōu)先順序,從而控制熱量管理系統(tǒng)組件。圖1為發(fā)動機(jī)熱量管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,圖2為發(fā)動機(jī)熱量管理系統(tǒng)管路圖。

        1.1 冷卻液截流閥

        發(fā)動機(jī)在冷機(jī)狀態(tài)時,發(fā)動機(jī)控制單元(J623)通過氣缸蓋冷卻閥(N489)關(guān)閉冷卻液截流閥(球閥),并封閉冷卻液小循環(huán)回路(圖3)。

        發(fā)動機(jī)控制單元會根據(jù)邊緣條件(環(huán)境溫度、空調(diào)設(shè)置、發(fā)動機(jī)和變速器的溫度)關(guān)閉冷卻液循環(huán)回路中的所有閥門,使冷卻液停止流動。這樣,發(fā)動機(jī)的暖機(jī)速度會比普通的發(fā)動機(jī)更快。冷卻液靜止階段約120 s。但是,靜止的冷卻液也不適用于某些例外情況,例如按下除霜鍵以后,加熱裝置急需熱的冷卻液來防止車窗玻璃起霧。

        冷卻液靜止階段過后,加熱裝置管路中的冷卻液截流閥打開(圖4),熱的冷卻液通常首先全部流入加熱裝置,從而使車廂溫度迅速達(dá)到人身體舒適的水平。

        車廂內(nèi)達(dá)到設(shè)定的理想溫度后,就打開變速器冷卻液閥(N488),將熱的冷卻液提供給ATF熱交換器,從而使熱的冷卻液流向變速器。由此,可以更快地加熱ATF油,減小變速器內(nèi)的摩擦,節(jié)省燃油消耗。當(dāng)外部溫度高,無需進(jìn)行車廂加熱時,空調(diào)系統(tǒng)不需要獲取熱量,此時就將冷卻液直接用于變速器油加熱。

        當(dāng)發(fā)動機(jī)部件溫度經(jīng)過發(fā)動機(jī)調(diào)節(jié)裝置溫度傳感器(G694)的測量達(dá)到約105 ℃時,氣缸蓋冷卻液閥(N489)和冷卻液截流閥(球閥)將立即打開。

        1.2 特性曲線節(jié)溫器(F265)

        節(jié)溫器在冷卻系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用,能調(diào)節(jié)冷卻液的大小循環(huán),是冷卻系統(tǒng)中一個重要的因素。奧迪A8車的特性曲線節(jié)溫器采用全電動調(diào)節(jié),通過采集溫度信號可以對節(jié)溫器的開度隨時進(jìn)行控制,讓機(jī)體組件處于最佳的溫度下進(jìn)行工作。電子控制冷卻系統(tǒng)以最小的更改改變了傳統(tǒng)的冷卻循環(huán),完成了冷卻循環(huán)的重新布置,冷卻液的分配方法與節(jié)溫器合成一個信號單元,發(fā)動機(jī)氣缸體上不需要任何溫度調(diào)節(jié)裝置。

        當(dāng)冷卻液溫度達(dá)到95 ℃時,F(xiàn)265打開,接通大循環(huán)。把發(fā)動機(jī)的高溫通過冷卻液帶到車外,保證發(fā)動機(jī)的正常工作。

        當(dāng)發(fā)動機(jī)全負(fù)荷運轉(zhuǎn)時,發(fā)動機(jī)控制單元給特性曲線節(jié)溫器通電,特性曲線節(jié)溫器會關(guān)閉一些,將冷卻液溫度控制在99 ℃,在較高的冷卻液溫度下,有利于動力傳動系統(tǒng)的平穩(wěn)運行。

        1.3 冷卻液溫度傳感器(G62)

        奧迪A8車為什么可以對冷卻液溫度進(jìn)行如此準(zhǔn)確的控制呢?這當(dāng)然少不了冷卻液溫度傳感器的作用。發(fā)動機(jī)控制單元通過接收冷卻液溫度傳感器的信號了解冷卻液的溫度,當(dāng)車輛的工作條件發(fā)生改變時,會計算出最佳的工作狀態(tài),通過改變冷卻液截流閥的狀態(tài)和節(jié)溫器的開度對冷卻液的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié),從而能達(dá)到最理想的工作狀態(tài)。冷卻液溫度傳感器的構(gòu)成如圖5所示,它安裝在氣缸蓋溫度最高的地方,采用螺紋連接,擰在氣缸蓋上,直接感受氣缸蓋的溫度,螺紋的連接方式增加了熱傳導(dǎo)的面積,溫度反映十分靈敏。該傳感器采用熱敏電阻的工作原理,電阻與溫度之間有良好的線性關(guān)系,電阻率高,熱容量小,反映速度快,在測溫范圍內(nèi)化學(xué)物理特性穩(wěn)定。

        此傳感器的目的是為了監(jiān)控冷卻液截流閥的臨界溫度,并防止冷卻液靜止階段出現(xiàn)局部過熱現(xiàn)象,在氣缸蓋靠近燃燒室的地方安裝了冷卻液溫度傳感器。如果冷卻液溫度超過了特性曲線范圍,發(fā)動機(jī)控制單元將立即打開冷卻液截流閥(球閥)打開通向冷卻液泵的小循環(huán)回路。當(dāng)負(fù)壓不足時,承受彈簧負(fù)荷的真空管總是將通向冷卻液泵的進(jìn)口打開。一方面解決了局部出現(xiàn)過熱的問題,另一方面也對冷卻液進(jìn)行實時監(jiān)控。

        2 奧迪A8 FSI 發(fā)動機(jī)熱量管理系統(tǒng)工作原理

        2.1 熱量管理系統(tǒng)工作原理

        2.1.1 冷卻液流量的控制

        熱量管理系統(tǒng)的核心在于調(diào)節(jié)冷卻液流量和流向,從而實現(xiàn)冷卻液溫度的控制。在流量的調(diào)節(jié)上主要有兩個部件,一個是冷卻液截流閥,另一個是電控節(jié)溫器。發(fā)動機(jī)控制單元通過接收傳感器的信號感知冷卻液的溫度,為了達(dá)到理想的溫度,通過調(diào)節(jié)冷卻液截流閥的狀態(tài)和電控節(jié)溫器的開度控制冷卻液溫度。冷卻液截流閥在汽車剛起步時起主導(dǎo)作用,在冷卻液截流閥球閥處于關(guān)閉狀態(tài)時,切斷冷卻液的回流,使得帶有熱量的冷卻液流向車身所需要的部位,使汽車迅速達(dá)到所需要的溫度。當(dāng)汽車溫度達(dá)到目標(biāo)溫度時,冷卻液截流閥球閥打開,進(jìn)行小循環(huán)狀態(tài)。電控節(jié)溫器的作用是可以調(diào)節(jié)流量,通過接收傳感器的信號任意改變節(jié)溫器的開度,可以防止發(fā)動機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)局部過熱現(xiàn)象,延長發(fā)動機(jī)壽命,調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)溫度。

        圖6為發(fā)動機(jī)采用熱量管理與普通冷卻系統(tǒng)的油液溫度變化對比。從圖中可以看出帶有熱量管理系統(tǒng)的冷卻液在低溫時,溫度上升比較快,使發(fā)動機(jī)更早的進(jìn)入穩(wěn)定的工作狀態(tài),減少熱機(jī)時間。當(dāng)發(fā)動機(jī)進(jìn)入熱機(jī)狀態(tài)時冷卻液的溫度又低于不帶有熱量管理系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)冷卻液的溫度,降低了發(fā)動機(jī)的工作溫度,延長發(fā)動機(jī)的使用壽命。

        2.1.2 冷卻液流向的控制

        冷卻液的流向調(diào)節(jié)是通過熱量管理模塊控制的,它會根據(jù)車身的狀況制定出最佳的分配路線。熱量管理模塊通過控制發(fā)動機(jī)控制單元,變速器控制單元以及空調(diào)控制單元實現(xiàn)對冷卻液流向的控制,結(jié)合圖1,進(jìn)行如下分析。

        在汽車?yán)錂C(jī)起動時,冷卻液截流閥處于關(guān)閉狀態(tài),截斷了小循環(huán)回路。使得冷卻液溫度迅速升高,減少發(fā)動機(jī)熱機(jī)的時間。發(fā)動機(jī)以最快速度的進(jìn)入最佳工作狀態(tài)。隨著溫度的升高,冷卻液截流閥打開,進(jìn)行小循環(huán),防止發(fā)動機(jī)溫度過高。隨著發(fā)動機(jī)溫度繼續(xù)升高,氣缸蓋冷卻液電磁閥(N489)向特性曲線節(jié)溫器(F265)提供反饋,F(xiàn)265打開進(jìn)行大循環(huán)。熱的冷卻液首先到達(dá)前后暖風(fēng)熱交換器,對車廂進(jìn)行加熱,使得達(dá)到人體舒適水平。緊

        接著打開變速器冷卻液電磁閥(N488),對變速器油液進(jìn)行加熱,減小變速器內(nèi)的阻力,節(jié)省燃油,減少機(jī)件的磨損。當(dāng)變速器油液溫度過高時,則關(guān)閉電磁閥(N488),打開變速器冷卻閥(N509),這樣冷的冷卻液就可以從散熱器經(jīng)過冷卻閥(N509)到冷卻液連續(xù)循環(huán)泵(V51)再到達(dá)ATF熱交換器,對變速器進(jìn)行冷卻,防止油液的變質(zhì)。

        3 結(jié)語

        發(fā)動機(jī)熱量管理系統(tǒng)的使用,使得汽車的性能更加優(yōu)越。熱量管理系統(tǒng)就是在冷卻系的基礎(chǔ)上對冷卻液進(jìn)行更深層次的調(diào)節(jié),將發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的熱量充分的應(yīng)用。這種應(yīng)用可以讓車輛更加舒適,同時也有利于延長發(fā)動機(jī)的使用壽命。

        2015-08-16)

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